JPH095881A - 自由形状反射器と自由形状レンズを有する投影装置 - Google Patents
自由形状反射器と自由形状レンズを有する投影装置Info
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Abstract
ンズの適切な形状によってスクリーン照明の効率を上昇
させることである。これらのレンズは、ランプとスクリ
ーン間の光損失を最小にするによって、最終投影スクリ
ーン上の照明品質を格段に改善する。 【解決手段】 表面を照明するために使用される反射器
であって、反射器の形状Zr,βが基本表面dSのセッ
トにより表され、各基本表面は関数Z(ρ)に関連し、
該関数は照明すべき中央面(r,β)に相応し、前記中
央面は前記表面の中心とエッジとの距離r、および水平
面と前記中央面との角度βによって定義され、各基本表
面dSの傾きは前記関数Z(ρ)を関数Z(x,y)に
より補間することによって計算される。
Description
(LCD)プロジェクタの照明装置であって、液晶スク
リーンを通過する光と、装置の対物レンズの絞りを最適
化する装置に関する。
ロゲンタイプのまたはキセノンタイプのアークランプを
有し、このランプはコンデンサの設けられた放物反射鏡
または楕円反射鏡の焦点に配置されている。ランプから
送出され、反射鏡により反射され、フィールドレンズを
通る白色光は、光学的バルブとして機能する液晶スクリ
ーン(または電子光学的変調器)に向かう。一般的に、
これらの変調器はアクティブマトリクス構造を有してお
り、薄膜トランジスタ(TFT)により制御される。次
にLCDを通過するイメージは対物レンズによりスクリ
ーンに投影される。色付きイメージを得るために、3つ
の液晶スクリーンが結合され、青、緑、そして赤の光学
経路の後ろに配置されるか、または択一的に、1つのだ
けの液晶スクリーンとカラーフィルタが使用される。こ
のような装置は米国特許第5084807号(T.S.McKe
chnie et al.)に記載されている。
光学的効率は低く、典型的には1%から2%に過ぎな
い。これは主に、反射器での損失、光源が偏光されてい
ないことによる損失(光束の70%以上が失われる)、
液晶スクリーンの形状が矩形であることによる損失(約
46%の損失)、そしてランプのホワイトスペクトルの
カットの効率が悪い(約50%から60%の損失)こと
によるものである。
示すものである。放物反射鏡1の場合には(図1に破線
で示してある)、アークランプ3より放出された光線
(破線で示してある)はスクリーン4の外部エリアを照
明することがわかる。この幾何形状による損失は装置の
明度の50%以上である。さらに、球形フィールドレン
ズの使用はソースの拡大したイメージを形成し、したが
って非常に広い投影対物レンズを必要とする。なぜな
ら、球形フィールドレンズに入射する光線がレンズ全体
にわたって平行ではないからである。このことはソース
のイメージが大きく、投影対物レンズのアパーチャが大
きくなることを意味する。
の欠点を回避し、反射器、フィールドレンズおよび角度
補正レンズの適切な形状によってスクリーン照明の効率
を上昇させることである。これらのレンズは、ランプと
スクリーン間の光損失を最小にするによって、最終投影
スクリーン上の照明品質を格段に改善することができ
る。
り、表面を照明するために使用される反射器であって、
反射器の形状Zr,βが基本表面dSのセットにより表
され、各基本表面は関数Z(ρ)に関連し、該関数は照
明すべき中央面(r,β)に相応し、前記中央面は前記
表面の中心とエッジとの距離r、および水平面と前記中
央面との角度βによって定義され、各基本表面dSの傾
きは前記関数Z(ρ)を関数Z(x,y)により補間す
ることによって計算されるように構成して解決される。
ーンの表面を完全にカバーする矩形照明を可能にする。
この本発明による矩形照明は図1に反射器からの実線に
よって示されている。
加えられる円錐等式または純粋な多項式である。同じよ
うに、前記補間関数Z(x,y)は多項式、または多項
式に加えられる円錐多項式、または“スプラインSplin
e”関数とすることができる。
円形エリアを定めることができる。矩形表面は例えばス
クリーンである。円形エリアは例えばスクリーンの中心
にセンタリングされ、平均直径が矩形スクリーンの縦寸
法と横寸法の間にある。
れ、各円錐曲線は光軸に対して相対的に半径によって定
義される。反射器の連続形状は種々の関数Z(ρ)の関
数Z(x,y)による補間によって得られる。種々の関
数はそれぞれ円錐曲線の1つの関連している。
に関し、その形状Zβ、Poが基本表面dSのセットに
より表され、それぞれが関数Z(ρ)に関連し、各々が
照明すべきポイントPoと、Poが通過する水平面と中
央面との角度βにに相当する。これら基本表面dSのそ
れぞれの傾きは、これら関数Z(ρ)を関数Z(x,
y)により補間することによって得られる。したがって
このことは、中央照射光線が対物レンズの中央にフォー
カシングすることを可能にして、ひいては対物レンズの
アパーチャを最適化し、すなわちピープルの開口度を低
減する。
に関連する。この角度補正レンズは、その形状Zβ、∞
が基本表面dSのセットによって表され、それぞれが照
明すべきポイントPに相応する関数Z(ρ)に関連し、
これがレンズからの距離dレンズの表面、各ポイントP
を通過するおよび水平面と中凹面との角度βを表し、こ
れら基本表面dSすべての傾きは関数Z(ρ)を関数Z
(x,y)により補間することによって得られる、こと
を特徴とする。
器によっても照明される“自由形状”レンズに関する。
このレンズの形状Zr,βは基本表面dSのセットによ
り表され、各基本表面は関数Z(ρ)に関連し、それぞ
れが照明すべき中央面(r,β)に相応し、このスクリ
ーンの中央とエッジとの距離rと、この中央面と水平面
との角度βによって定められ、これら基本表面dSの各
々の傾きは関数Z(ρ)を関数Z(x,y)により補間
することによって得られる。
てフォーカシングする装置に関する。この装置は、本発
明による角度補正レンズと、マイクロレンズの垂直ネッ
トワークを有し、角度補正レンズは水平ビームによって
照明され、各舞う黒レンズはスクリーンのピクセルPi
の中心にフォーカシングされる。
善する。本発明は、これら種々の要素の組み合わせを使
用するすべての投影装置に関するものである。
されたようにシステムパラメータを定義することによっ
て得られる。反射器5の各基本表面dSの各々の傾き
は、ランプからの極端な光線も半径rのダイヤフラム内
に入るように計算する。反射器5の形状Zr、βは関数
Z(ρ)のセットにより表される。各関数は照明すべき
中央面(r,β)により与えられる。各中央面は中心と
バルブエッジとの距離r、およびこの平面と水平面との
角度βにより定められる。すなわちこれら面の交点が光
軸(oz)である。これらの関数は、例えば多項式に加
えられる円錐円錐曲線のような多重形状、または純粋な
多項式を有することができる。この実施例では次の関数
が考慮される。
円錐円錐曲線に等しい。これにn次の多項式が加えられ
る。この多項式は円錐円錐曲線の変形を表す。反射器5
の各基本表面dSの傾きは、ランプ3からの外部光線6
がダイヤフラムに入るように計算する。
の最適化を実行することにより、自由形状の反射器が得
られる。実際には、各中央面が角度βにより表され、半
径rがこれに相応する。またrはオプティカルバルブの
境界を表す。16/9フォーマットのLCDスクリーン
が図3に示されている。前記の多項式の各々は、各中央
面(r,β)に対する数式(1)から計算することがで
きる。
めには、前記の多項式すべてを、例えば次の多項式
(x,y)を用いて補間する必要がある。
あり、εは円錐円錐曲線の楕円率である。
算される。これは公知のように、数式(1)により生成
されたデータセットと、数式(2)の係数を反転するこ
とによる2次元多項式補間によって実行される。このよ
うにして、反射器5の等式が得られ、LCDスクリーン
4の形状を近似する照明フォーム8が得られる。
ることができる。
×27.4mm2 照明面−光源距離:20mm フィールドレンズ−LCDスクリーン距離:20mm フィールドレンズ−ピープル入射距離:150mm LCDスクリーンとフィールドレンズとの距離があるの
で、照明面はLCDスクリーン、56.2×36.6m
m2よりもこの場合大きくなければならない。
形のフィールドレンズを照明する。入射光線はレンズに
種々の角度で当たる。
クリーンを使用する代わりに、上記のように曲線も使用
することができる。これにより光束の分布が改善され、
したがって効率が上昇し、投影装置の照明の均一性が得
られる。この曲線は実質的に円形状を有し、距離rと角
度βによって表すことができる。実際、液晶スクリーン
の寸法が小さいと、反射器により反射器により誘導され
る角度はしばしば過度に大きく、このことは不均一な照
明に結びつく。したがって、反射器の形状を前に述べた
ように、しかし光束を改善するために実質的に円形表面
から計算するのが有利である。この円形表面の平均直径
は有利にはスクリーンの縦寸法と横寸法の間にある。
では、反射器を複数の円錐曲線a,b,c,d,e,
f,gに分割する。これは図4に示されており、これら
とは異なる関数z(ρ)とみなされる。
フィールドレンズ8の各ポイントに対して、中央入射光
線が対物レンズの中心にフォーカスされるように計算す
ることにより適用することができる。前に述べたのと同
じようにして、図5では第1のステップでレンズ8の基
本表面dSが考慮され、レンズの各基本表面dSの傾き
が計算される。この計算は、中央入射光線が投影対物レ
ンズ10の入射ピープルの中心にフォーカスされるよう
に行う。反射器形状の計算と同じように、関数Z(ρ)
のセットが考慮され、この関数の各々は中央面(β、P
o)に対して与えられる。この中央面は各平面と水平面
との角度βとPo、すなわち対物レンズピープルの中心
によって定められる。
算することができる。βは例えば、β=0゜、15゜、
30゜、45゜、60゜、および90゜である。次に第
2のステップで、先行するすべての多項式が(x,y)
の多項式により数式(2)に従って補間される。
ラメータが使用される。
48.7×27.4mm2 光源−照明面距離:320mm フィールドレンズ−LCD距離:5mm フィールドレンズ−入射ピープル距離:130mm 本発明の別の適用は、照明レンズ(またはコンデンサレ
ンズ)を使用することにあり、このレンズは」本発明の
ピープルに従っていずれかの形式の放物線反射器と組み
合わせて構成される。これは図7に示されている。光線
15は反射器16の壁で反射された後、レンズ17の方
へ水平に対して角度αで向けられる。光線15が入射す
るレンズの基本表面dSは垂直を基準にして角度γを有
している。フィールドレンズの各基本表面dSに対する
角度γは平均光線のセットが表面dSと角度γに相当
し、これがオプティカルバルブ10の境界を表す。この
レンズの形状Zr,βは基本表面dSのセットにより表
される。基本表面の各々は関数Z(ρ)に関連し、それ
ぞれは照明すべき中央面(r,β)に相応する。各中央
面はスクリーンの中心とエッジとの距離rにより定義さ
れる。これら基本表面の傾きは関数Z(ρ)を関数Z
(x,y)により補間することによって得られる。入射
光線を対物レンズピープルの中心にフォーカシングする
円環体レンズを、この自由形状レンズとオプティカルバ
ルブとの間に挿入することもできる。
用することもできる。図6はこのようなレンズ11を使
用した投影装置の実施例を示す。このレンズは自由形状
を有し、上記の基本構成に従って出射ビーム12が光軸
(o,z)に対して兵宇高であるように構成されてお
り、マイクロレンズ13系と組み合わされる。系13の
1つのマイクロレンズLiがスクリーン4の1つのピク
セルPiに相当する。このようにして図示のように、各
光線12をスクリーン4の各ピクセルPiの中心にフォ
ーカスすることができる。投影対物レンズのピープル
(図示せず)にフォーカスするようなフィールドレンズ
を配置することによって、装置の照明が改善される。
ることができ、とくにビデオ画像をスクリーンに投影す
るのに使用される装置に適用される。
される照明を表す概略図である。
である。
である。
である。
図である。
レンズを説明するための概略図である。
明の実施例の概略図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 表面を照明するために使用される反射器
であって、 反射器の形状Zr,βが基本表面dSのセットにより表
され、 各基本表面は関数Z(ρ)に関連し、 該関数は照明すべき中央面(r,β)に相応し、 前記中央面は前記表面の中心とエッジとの距離r、およ
び水平面と前記中央面との角度βによって定義され、 各基本表面dSの傾きは前記関数Z(ρ)を関数Z
(x,y)により補間することによって計算される、こ
とを特徴とする反射器。 - 【請求項2】 前記関数Z(ρ)の各々は多項式に加え
られる円錐等式または純粋な多項式である、請求項1記
載の反射器。 - 【請求項3】 前記補間関数Z(x,y)は多項式であ
る、請求項1記載の反射器。 - 【請求項4】 前記距離rと角度βは矩形表面を定め
る、請求項1記載の反射器。 - 【請求項5】 前記距離rと前記角度βは実質的に球形
の表面を定め、該球形表面の直径は前記表面の縦寸法と
横寸法の間にある、請求項1記載の反射器。 - 【請求項6】 複数の円錐曲線に分割されており、各円
錐曲線は光軸を中心とする半径によって定められ、該円
錐曲線の形状は関数Z(ρ)を関数Z(x,y)により
の補間することによって計算され、前記関数Z(ρ)の
各々は前記円錐曲線の1つに対応するものである、請求
項1記載の反射器。 - 【請求項7】 フィールドレンズの形状Zβ、Poが基
本表面dSのセット、および水平面と、Poを通る中央
面との角度βにより表され、 該基本表面の各々は関数Z(ρ)に関連し、 該関数Z(ρ)は光軸(o,z)の照明すべきポイント
Poに相当し、 基本表面dSの傾きは前記関数Z(ρ)を関数Z(x,
y)により補間することによって計算される、ことを特
徴とするフィールドレンズ。 - 【請求項8】角度補正レンズの形状Zβ、∞が基本表面
dSのセットにより表され、 該基本表面の各々は関数Z(ρ)に関連し、 該関数Z(ρ)は、照明すべきポイントP、および水平
面と、前記ポイントPを通過する中央面との角度βに相
当し、 前記ポイントはレンズからの距離dでレンズの表面を表
し、 基本表面の傾きは前記関数Z(ρ)を関数Z(x,y)
により補間することによって計算される、ことを特徴と
する角度補正レンズ。 - 【請求項9】 角度補正レンズの形状が基本表面dSの
セットにより表され、 該基本表面の各々は関数Z(ρ)に関連し、 該関数Z(ρ)は照明すべき中央面(r,β)、および
水平面と中央面との角度βに相当し、 前記中央面は、入射ピープルの中心およびスクリーンの
エッジからの距離rにより定められ、 基本表面dSの傾きは関数Z(ρ)を関数Z(x,y)
により補間することによって計算される、ことを特徴と
する反射器によって照明される角度補正レンズ。 - 【請求項10】 角度補正レンズを有し、該レンズの形
状Zβ、∞は基本表面dSのセットにより表され、 該基本表面の各々は関数Z(ρ)に関連し、 該関数Z(ρ)は照明すべきポイントP、および水平面
と該ポイントPを通る中央面との角度βに相当し、 前記ポイントはレンズからの距離dでレンズの表面を表
し、 基本表面dSの傾きは全期間数Z(ρ)を関数Z(x,
y)により補間することによって計算され、 前記補正レンズはマイクロレンズの垂直ネットワークを
水平ビームにより照明し、 各マイクロレンズはスクリーンの固有ピクセルの中心に
フォーカスする、ことを特徴とする液晶スクリーンを通
して光をフォーカシングするための装置。 - 【請求項11】 照明装置が設けられており、該照明装
置はランプおよび反射器からなり、 該反射器は光をランプから液晶スクリーンに反射する形
式の、液晶スクリーンを通す投影装置において、 反射器の形状Zr,βは基本表面dSのセットにより表
され、 該基本表面の各々は関数Z(ρ)に関連し、 該関数Z(ρ)は照明すべき中央面(r,β)相応し、 該中央面は前記表面の中心とエッジとの距離r、および
水平面と前記中央面との角度βにより定められ、 善意各基本表面dSの傾きは前記関数Z(ρ)を関数Z
(x,y)により補間することによって計算される、こ
とを特徴とする液晶スクリーンを通した投影装置。 - 【請求項12】 反射器が設けられており、該反射器の
形状Zr,βは基本表面dSのセットにより表され、 該基本表面の各々は関数Z(ρ)に関連し、 該関数Z(ρ)は照明すべき中央面(r,β)に相当
し、 該中央面は、前記表面の中心とエッジとの距離r、およ
び水平面と中央面との角度βによって定められ、 前記各基本表面dSの傾きは、関数Z(ρ)を関数Z
(x,y)により補間することによって計算され、 さらにフィールドレンズが設けられており、該フィール
ドレンズの形状Zβ、Poは基本表面dSのセットによ
り表され、 該基本表面の各々は関数Z(ρ)に関連し、 該関数Z(ρ)は光軸(o,z)の照明すべきポイント
Poに相当し、 角度βは水平面と、Poを通過する中央面との角度であ
り、 基本表面dSの傾きは関数Z(ρ)を関数Z(x,y)
により補間することによって計算される、ことを特徴と
する液晶スクリーンを通した投影装置。 - 【請求項13】 反射器が設けられており、該反射器の
形状Zr、βは基本表面dSのセットにより表され、 該基本表面の各々は関数Z(ρ)に関連し、 該関数Z(ρ)は照明すべき中央面(r,β)に相当
し、 該中央面は前記表面の中心とエッジと距離r、および水
平面と前記中央面との角度βにより定められ、 前記各基本表面dSの傾きは、前記関数Z(ρ)を関数
Z(x,y)により補間することによって計算され、 さらに角度補正レンズを有し、該角度補正レンズの形状
Zβ、∞は基本表面dSのセットにより表され、 該基本表面の各々は関数Z(ρ)に関連し、 該仮数Z(ρ)は照明すべきポイントP、および水平面
と、ポイントPを通る中央面との角度βに相当し、 前記ポイントはレンズの表面をレンズからの距離dで表
し、 基本表面dSの傾きは関数Z(ρ)を関数Z(x,y)
により補間することによって計算される、ことを特徴と
する、液晶スクリーンを通した投影装置。 - 【請求項14】 反射器が設けられており、該反射器の
形状Zr、βは基本方面dSのセットにより表され、 該基本表面の各々は関数Z(ρ)に関連し、 該関数Z(ρ)は照明すべき中央面(r,β)に相当
し、 該中央面は前記表面の中心とエッジとの距離r,および
水平面と当該中央面との角度βにより定められ、 各基本表面dSの傾きは前記関数Z(ρ)を関数Z
(x,y)により補間することによって計算され、 さらに焦点装置が設けられており、該焦点装置は角度補
正レンズを有し、 該角度補正レンズの形状Zβ、∞は基本表面dSのセッ
トにより表され、 該基本表面の各々は関数Z(ρ)に関連し、 該関数Z(ρ)は照明すべきポイントP、および水平面
と、ポイントPを通る中央面との角度βに相当し、 前記ポイントPはレンズの表面をレンズからの距離dで
表し、 基本表面dSの傾きは前記関数Z(ρ)を関数Z(x,
y)により補間することによって計算される、ことを特
徴とする液晶スクリーンを通した投影装置。 - 【請求項15】 反射器が設けられており、該反射器の
形状Zr、βは基本表面dSのセットにより表され、 該基本表面の各々は関数Z(ρ)に関連し、 該関数Z(ρ)は照明すべき中央面(r,β)に相当
し、 該中央面は前記表面の中心とエッジとの距離r、および
水平面と中央面との角度βにより定められ、 各基本表面dSの傾きは前記関数Z(ρ)を関数Z
(x,y)により補間することによって計算され、 さらにフィールドレンズが設けられており、 該フィールドレンズの形状Zβ、Poは基本表面dSの
セットにより表され、前記基本表面の各々は関数Z
(ρ)に関連し、 該関数Z(ρ)は光軸(o,z)の照明すべきポイント
Po、および水平面とPoを通る中央面との角度βに相
当し、 基本表面dSの傾きは、前記関数Z(ρ)を関数Z
(x,y)により補間することによって計算され、 さらに焦点装置が設けられており、該焦点装置は角度補
正レンズを有し、該角度補正レンズの形状Zβ、∞は基
本表面dSのセットにより表され、 該基本表面の各々は関数Z(ρ)に関連し、 該関数Z(ρ)は、照明すべきポイントP、および水平
面と、前記ポイントPを通る中央面との角度に相当し、 前記ポイントはレンズの表面をレンズからの距離dで表
し、 前記基本表面dSの傾きは、前記関数Z(ρ)を関数Z
(x,y)により補間することによって計算される、こ
とを特徴とする液晶スクリーンを通した投影装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9504477 | 1995-04-13 | ||
FR9504477A FR2733062B1 (fr) | 1995-04-13 | 1995-04-13 | Systeme de projection comportant un reflecteur et une lentille de champ a surface libre |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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